Vida de fadiga

Conforme Rodrigues & Ceratti (2015), o dimensionamento de revestimentos asfálticos reforçados com geossintéticos deve ser analisado em termos de previsão da vida de reflexão de trincas, devendo-se considerar três situações distintas de aplicação do carregamento: um pulso de tração na flexão e dois pulsos de cisalhamento ao longo do plano da trinca.

O consumo por fadiga, produzido pela passagem de uma carga de roda, é dado por: 𝑐𝑓₁= 1

𝑁𝑓 1

𝑁𝑐 (4.1)

Onde 𝑁𝑓 𝑒 𝑁𝑐 são, respetivamente, o número de ciclos de carga capaz de, isoladamente,

produzir a propagação da trinca nos modos de flexão e cisalhamento. No caso de revestimentos com geossintéticos, a equação 4.2 deverá ser reescrita da seguinte maneira:

𝑐𝑓₁= 1

𝐹𝑓𝑁𝑓 𝐹𝑐𝑁𝑐 (4.2)

Sendo que 𝐹𝑓 𝑒 𝐹𝑐 são os fatores de incremento da resistência resultantes da inserção do

147 Tabela 4.29 Fatores de incremento da resistência à reflexão de trincas.

Geossintético 𝑭𝒇 𝑭𝒄

Geotêxtil 1,7 – 7,0 1,3 – 1,5 Geogrelha polimérica 3,0 – 8,0 3,0 – 3,6

O número de passagens de carga de roda, capaz de levar a camada asfáltica ao final da sua vida por reflexão de trincas é determinado pela seguinte equação (4.3):

𝑁𝑜 = 1

𝑐𝑓1 (4.3)

Para os cálculos da presente pesquisa foram utilizados fatores de incremento da resistência à reflexão de trincas (Tabela 4.29), de 7,0 (Ff) e 1,5 (Fc) para os geotêxtil e de 8,0 (Ff) e 3,6 (Fc)

para as geogrelhas.

A seguir são apresentados os valores de vida de fadiga para os reforços estudados na presente pesquisa.

Materiais do Grupo I

Os geossintéticos do grupo I apresentaram vida de fadiga (No) compreendida entre 8,25E+03 e 1,33E+04 (Figura 4.62). O menor valor da vida de fadiga foi obtido para o reforço G1, enquanto que o maior valor foi obtido para o reforço G3, sendo importante destacar que o reforço G3 corresponde a uma geogrelha fabricada em poliéster, usada geralmente em aplicações de reforço de camadas de base granular de estruturas de pavimento flexível.

Tabela 4.30 Cálculo da vida de fadiga - geossintéticos Grupo I. Reforço Número de ciclos

flexão - Nf (N) Número de ciclos cisalhamento - Nc (N) Consumo por Fadiga (cf1) Vida de Fadiga (No) Vida de Fadiga Normalizada SR 10246 3085 7,46E-04 1,34E+03 1 G1 16637 4886 1,21E-04 8,25E+03 6 G2 15030 6268 9,70E-05 1,03E+04 8 G3 13788 8382 7,53E-05 1,33E+04 10 G4 17685 5337 1,11E-04 9,00E+03 7

148 Ao normalizar os resultados de vida de fadiga (No) dos ensaios realizados com os corpos de prova reforçados em relação com os ensaios de referência, verificou-se que a presença do reforço aumentou entre 6 – 10 vezes a vida de fadiga da mistura asfáltica.

Figura 4.62 Vida de fadiga - geossintéticos Grupo I.

Materiais do Grupo II

A vida de fadiga dos corpos de prova reforçados com os geossintéticos do grupo II resultou em valores compreendidos entre 3,70E+03 e 1,95E+04 (Figura 4.63). O menor valor foi obtido para o reforço G5 e o maior valor para o reforço G8. Ao normalizar os resultados obtidos em relação ao ensaio de referência, foram obtidos valores compreendidos entre 3 e 15 (Tabela 4.31), o que significa que a presença do reforço aumentou em até 15 vezes a vida de fadiga da mistura asfáltica. Ao comparar os valores normalizados de vida de fadiga entre os materiais do grupo I e II, verificou-se que os mesmos estão compreendidos entre 3 e 15 vezes o valor de referência. Os menores valores foram obtidos para os reforços G5 e G6 (Tabela 4.31), os quais corresponderam a geocompostos fabricados em poliéster e fibra de vidro em formato de geotêxtil. Os valores de aumento de vida de fadiga encontram-se compreendidos entre 6 e 10 para os reforços do grupo I (Tabela 4.30), já os maiores valores de vida de fadiga (13 e 15) foram obtidos para os reforços G7 e G8, que corresponderam a geogrelhas fabricadas em fibra de vidro com recobrimento polimérico termo - sensível. De forma geral, os reforços G7 e G8 apresentaram propriedades muito similares em relação às propriedades físicas. Por outro lado, com relação às propriedades mecânicas, o reforço G8 apresentou rigidez secante e resistência à tração superiores às apresentadas pelo reforço G7.

149 Tabela 4.31 Cálculo da vida de fadiga - geossintéticos Grupo II.

Figura 4.63 Vida de fadiga - geossintéticos Grupo II.

4.6.3 Velocidade de propagação de trincas

A velocidade de propagação das trincas, para cada uma das condições de ensaio, foi determinada por meio da análise fotogramétrica das imagens obtidas ao longo da realização dos ensaios, estabelecendo a altura da trinca em escala real e seu tempo correspondente. De forma geral, verificou-se que a trinca induzida por cisalhamento impõe uma condição de ensaio muita mais rigorosa nos corpos de prova, apresentando ruptura em uma velocidade maior em comparação com as trincas induzidas por flexão.

Reforço Número de ciclos flexão - Nf (N) Número de ciclos cisalhamento - Nc (N) Consumo por Fadiga (cf1) Vida de Fadiga (No) Vida de Fadiga Normalizada SR 10246 3085 7,46E-04 1,34E+03 1 G5 16800 5090 2,70E-04 3,70E+03 3 G6 17220 5160 2,67E-04 3,75E+03 3 G7 17395 11545 5,53E-05 1,81E+04 13 G8 18586 12483 5,12E-05 1,95E+04 15

150

Materiais do Grupo I

Os gráficos de comprimento de trinca versus ciclos de carga, para as condições da trinca induzida em flexão e cisalhamento (Figuras 4.64 e 4.65) apresentaram tendências similares para as diferentes configurações estudadas. Para o primeiro ciclo de carga, a trinca apresentou um comprimento de 15 mm, o que representa a altura da trinca induzida no corpo de prova. Ao começar a aplicação do carregamento foi identificada uma rápida propagação vertical até que fosse atingida a interface, momento em que as diferentes curvas apresentaram inclinações menores em comparação com a etapa inicial de trincamento (Figura 4.64).

Na condição de flexão, o ensaio de referência foi finalizado após a aplicação de 10.246 ciclos de carga, enquanto que com a presença do reforço o máximo número de ciclos foi de 17.685 (G4) (Figura 4.64). A determinação da velocidade trincamento consistiu na determinação da média ponderada das inclinações do gráfico: comprimento de trinca versus ciclos de carga (Figura 4.66). Na condição de flexão a velocidade de trincamento para as amostras sem reforço foi de 52E-04 mm/ciclo, já com a presença do reforço a velocidade de trincamento variou entre 32E-04 mm/ciclo a 42E-04 mm/ciclo (Figura 4.66), apresentando o menor valor para o reforço G3 e o maior valor para o reforço G4. Ao se normalizar os resultados obtidos para cada um dos tipos de reforços em relação aos ensaios de referência (SR) (Tabela 4.32), ficaram evidentes reduções nas velocidades de trincamento compreendidas entre 21% e 38%, fato que confirma os benefícios da instalação de geossintéticos em misturas asfálticas com o intuito de aumentar a vida útil do revestimento.

Figura 4.64 Comprimento de trinca versus ciclos de carga - Grupo I - trinca induzida por flexão.

151 Nos ensaios realizados em corpos de prova com trinca induzida por cisalhamento o número de ciclos necessário foi menor em comparação com os ensaios em condição de trinca por flexão. No caso do ensaio sem reforço, o número de ciclos necessários para finalização do ensaio foi de 3.085, enquanto que para os corpos de prova reforçados a faixa de valores ficou compreendida entre 4.886 ciclos e 8.382 ciclos, sendo o menor valor observado para o reforço G1 e o maior para o reforço G3, como mostrado na Figura 4.65. A velocidade de trincamento dos corpos de prova de referência foi de 185E-4 mm/ciclo. Com a presença de reforço, as velocidades de trincamento variaram em um intervalo de 68E-4 mm/ciclo a 117 mm/ciclo, verificando-se o menor valor para o reforço G3 e o maior valor para o reforço G1 (Figura 4.66). Ao comparar a velocidade de trincamento em condição de cisalhamento com a condição de flexão, para o corpo de prova sem reforço, foi evidenciada uma condição mais rigorosa da avaliação do material.

Figura 4.65 Comprimento de trinca versus ciclos de carga – materiais do Grupo I - trinca induzida por cisalhamento.

Ao se normalizar as velocidades de trincamento obtidas para cada um dos tipos de reforço pelo resultado do ensaio referência (Tabela 4.32), podem ser observadas reduções na velocidade de trincamento compreendidas entre 37% e 63%, sendo a menor redução observada para o reforço G1 e a maior diminuição para o reforço G3.

152 Figura 4.66 Velocidade de trincamento - materiais do grupo I.

Tabela 4.32 Velocidade de trincamento normalizada – materiais do grupo I.

Materiais do Grupo II

De forma geral, os gráficos de comprimento de trinca versus ciclos de carga, para os geossintéticos do grupo II, resultaram em comportamento similar ao observado pelos materiais do grupo I. Na condição de flexão foi necessária a aplicação de 10.246 ciclos de carga para que fosse atingido o critério de finalização do ensaio sem reforço, entretanto, os ensaios com reforço precisaram de uma faixa de valores compreendidas entre 16.800 – 18.586 ciclos para a

Condição Tipo de amostra Velocidade trincamento (mm/Ciclo) E-4 Velocidade Normalizada SR 52 1,00 G1 33 0,63 G2 36 0,69 G3 41 0,79 G4 32 0,62 SR 185 1,00 G1 117 0,63 G2 90 0,49 G3 68 0,37 G4 106 0,57 Flexão Cisalhamento

153 finalização do ensaio (Figura 4.67). O menor número de ciclos foi aplicado para o reforço G5 e o maior valor foi para o reforço G8.

Figura 4.67 Comprimento de trinca versus ciclos de carga – materiais do Grupo II – trinca induzida por flexão.

As velocidades de trincamento, para a condição de flexão, foram de 52E-04 mm/ciclo no caso da amostra sem reforço e em média de 32E-04 mm/ciclos para as amostras com reforço (Figura 4.69). Os geossintéticos do grupo II, ao serem avaliados na condição de flexão, não apresentaram variações significativas na velocidade de trincamento, e, mesmo nos materiais com propriedades físicas, mecânicas e com formatos diferentes, a resposta foi a mesma. Ao normalizar os resultados obtidos para cada tipo de reforço em relação à velocidade da condição sem reforço (Tabela 4.33), verificou-se que os materiais do grupo II provocaram uma redução de 40% da velocidade de trincamento.

Figura 4.68 Comprimento de trinca versus ciclos de carga - materiais do Grupo II – trinca induzida por cisalhamento.

154 Figura 4.69 Velocidade de trincamento – materiais do Grupo II.

Os geossintéticos do grupo II, avaliados na condição de trinca induzida por cisalhamento, precisaram de 3.085 ciclos de carga para a finalização do ensaio sem reforço. Em média, foram necessários 5.125 ciclos para os reforços G5 e G6, enquanto que para os materiais G7 e G8 foram necessários, em média, 12.000 ciclos para a finalização do ensaio (Figura 4.68). As velocidades de trincamento foram de 185E-04 mm/ciclo para as amostras sem reforço e de 110E-04 mm/ciclos para os reforços G5 e G6. Os reforços G7 e G8 apresentaram velocidades de trincamento de 47E-04 mm/ciclo (Figura 4.69). Ao normalizar as velocidades de trincamento em relação aos ensaios de referência, foram verificadas diminuições entre 40% e 75%, sendo as menores diminuições verificadas no caso dos materiais G5 e G6 e as maiores reduções para os reforços G7 e G8.

De forma geral, os diferentes geossintéticos do grupo II, avaliados na condição de flexão, não apresentaram variações significativas entre si. Entretanto, os mesmos materiais, avaliados na condição de cisalhamento, apresentaram um comportamento similar entre os reforços G5 e G6 e entre os reforços G7 e G8.

Ao comparar os materiais dos grupos I e II, submetidos ao carregamento cíclico com trincas induzidas nas posições de flexão e cisalhamento, foi possível concluir que na condição de flexão os materiais dos dois grupos apresentaram comportamentos similares, apresentando reduções

155 de velocidade de trincamento de aproximadamente 40%. Já na condição de cisalhamento o melhor desempenho foi obtido para os reforços G7 e G8, pertencentes ao grupo II, que apresentaram diminuições na velocidade de trincamento de até 75%.

Tabela 4.33 Velocidade de trincamento normalizada - materiais do Grupo II.